Строительные машины и оборудование, справочник






Механизмы и узлы магистрали высокого давления


Категория:
   Техническое обслуживание автомобилей


Механизмы и узлы магистрали высокого давления

К приборам питания магистрали высокого давления дизелей относятся топливный насос высокого давления, форсунки и топливопроводы.

Топливный насос высокого давления. Для точного дозирования топлива и подачи его в определенный момент под высоким давлением к форсункам применяется топливный насос высокого давления. Наибольшее распространение на автомобильных дизелях получили многосекционные насосы с постоянным ходом плунжера и регулировкой конца подачи топлива.

По расположению секций насосы делятся на рядные и V-образные. Каждая секция топливного насоса обеспечивает работу одного из цилиндров дизеля, поэтому число секций топливного насоса определяется числом его цилиндров. Топливный насос дизеля ЯМЭ-236 шестисекционный, дизелей ЯМЭ-238 и ЗИЛ-645— рядный восьмисекционный, дизеля КамАЗ-740 V-образный восьмисекционный. Конструктивно топливные секции рядных насосов дизелей ЯМЭ-236, -238 и ЗИЛ-645 существенных различий не имеют. Типичным примером конструкции рядного топливного насоса высокого давления является насос дизеля ЯМЭ-236 (рис. 8.6), состоящий из шести одинаковых секций. В нижней части корпуса насоса на двух радиально-упорных шарикоподшипниках, уплотненных самоподжимными сальниками, установлен кулачковый вал с шестерней.



На кулачковом валу имеются профилированные кулачки для каждой насосной секции и эксцентрик для приведения в движение насоса низкого давления, который крепится к привалочной плоскости насоса высокого давления.

В перегородке корпуса против каждого кулачка установлены роликовые толкатели. Оси роликов своими концами входят в пазы корпуса насоса, предотвращая проворачивание толкателей.

Рис. 8.6. Топливный насос высокого давления дизеля ЯМЭ-236

Насосные секции установлены в верхней части корпуса и крепятся винтами. Основной частью каждой насосной секции является плунжерная пара, состоящая из плунжера и гильзы. Плунжерную пару изготовляют из хромомолибде-новой стали и подвергают закалке до высокой твердости. После окончательной обработки подбором производят сборку плунжеров и гильз так, чтобы обеспечить в соединении зазор, равный 0,0015—0,0020 мм. Этим достигается максимальная плотность сопряжения взаимодействующих деталей, обеспечивающих давление впрыскивания топлива до 16 МПа.

Топливо к плунжерным парам подводится по каналу, а отводится по каналу, в переднем конце которого под колпаком установлен перепускной клапан. Если давление в каналах превышает 0,16—0,17 МПа, клапан открывается и перепускает часть топлива в бак. Попавший в каналы насоса воздух выпускается через отверстие, закрываемое пробкой. На торец гильзы притертой торцовой поверхностью опирается седло нагнетательного клапана. Седло прижато к гильзе плунжера штуцером через уплотнительную прокладку.

Нагнетательный клапан состоит из головки с запорной конической фаской, разгрузочного пояска и хвостовика с прорезями для прохода топлива. Сверху на клапан установлена пружина, которая прижимает его к седлу. Верхний конец пружины упирается в выступ упора.

При вращении кулачкового вала насоса выступ кулачка набегает на роликовый толкатель, который через болт воздействует на плунжер 6 и перемещает его вверх. Когда выступ кулачка выходит из-под ролика толкателя, пружина, упирающаяся в тарелки, возвращает плунжер в первоначальное положение. Рейка входит в зацепление с зубчатым венцом поворотной втулки, надетой на гильзу, а в вертикальные пазы нижней части втулки входят выступы 17 плунжера.

При перемещении рейки вдоль ее оси втулка поворачивается на гильзе и, действуя на выступы плунжера, поворачивает его, в результате чего изменяется количество топлива, подаваемого к форсункам. Ход рейки ограничивается стопорным винтом, входящим в ее продольный паз. Задний конец рейки соединен с тягой регулятора частоты вращения коленчатого вала, установленного в корпусе.

Выступающий из насоса передний конец рейки закрыт запломбированным колпачком, в который ввернут винт ограничения мощности двигателя при обкатке автомобиля.

Для опережения впрыскивания топлива в цилиндры дизеля в зависимости от частоты вращения его коленчатого вала в передней части насоса установлена центробежная муфта. Она состоит из ведущей и ведомой полумуфт. На ведомой полумуфте закреплены две оси с установленными на них центробежными грузами, в вырезах которых размещены пружины, опирающиеся с одной стороны на оси, а с другой — на опорные пальцы ведущей полумуфты. Механизм муфты в сборе закрыт крышкой, которая навернута на резьбу ведомой муфты.

На дизеле ЗИЛ-645 топливный насос высокого давления рядный восьмисекционный, создающий давление впрыскивания до 18,5 МПа, установлен в развале блока цилиндров. Привод насоса осуществляется от коленчатого вала через две пары зубчатых колес, упругую муфту привода и автоматическую муфту опережения впрыскивания.

Насосные секции топливного насоса так же, как у насоса дизелей ЯМЗ, плунжерного (золотникового) типа с постоянным ходом плунжера. Наряду с отдельными конструктивными отличиями насоса работа его секций принципиально не отличается от работы секций насоса дизелей ЯМЭ-236, -238.

На дизелях семейства КамАЗ устанавливают V-o бразные насосы высокого давления. Они располагаются в развале блока цилиндров и приводятся в действие от шестерен газораспределения через шестерню привода. В корпусе насоса (рис. 8.7) установлен механизм поворота плунжеров, соединенный с правой и левой рейками, которые действуют на плунжеры нагнетательных секций, расположенных в два ряда. В каждом ряду расположено по четыре нагнетательных секции, давление впрыскивания которых по сравнению с давлением впрыскивания дизелей ЯМЭ-236, -238 увеличено и составляет 18 МПа. Секци и насоса расположены под углом 75°, что повышает прочность кулачкового вала за счет уменьшения его длины, позволяет увеличить давление впрыскивания и повысить работоспособность плунжерных пар.

Каждая секция насоса состоит из корпуса, гильзы с плунжером, поворотной втулки, нагнетательного клапана, прижатого штуцером к гильзе плунжера через уплотнительную прокладку. Положение гильзы относительно корпуса фиксируется штифтом. В нижней части гильза и корпус уплотняются прокладками.

Рис. 8.7. Насос высокого давления с V-образным расположением насосных секций

Так же как и у дизелей ЯМЗ, топливные секции насоса плунжерного типа с постоянным ходом плунжера. Плунжер приводится в движение от кулачкового вала насоса, через ролик толкателя, ось которого крепится в сухаре. Пружина толкателя в верхней части упирается в шайбу, а через тарелку постоянно прижимает ролик к кулачку. Толкатель от поворота фиксируется сухарем, выступ которого входит в паз корпуса насоса.

Начало подачи топлива регулируется установкой пяты определенной толщины. При установке пяты большей толщины топливо будет подаваться раньше, меньшей толщины — позднее. Чтобы изменить количество подаваемого топлива плунжер поворачивается относительно гильзы при помощи рейки насоса, которая связана с поворотной втулкой.

Управление подачей топлива осуществляется из кабины водителя педалью, воздействующей с помощью тяг и рычага и тяг на всережим-ный регулятор частоты вращения коленчатого вала, расположенный в развале топливного насоса. На крышке регулятора закреплен топливный насос низкого давления и насос ручной подкачки топлива.

Работа насоса высокого давления плунжерного типа, установленного на дизелях ЯМЭ-236, -238, КамАЗ-740 и ЗИЛ-645, состоит из наполнения надплунжерного пространства топливом с частичным его перепуском, подачи топлива под высоким давлением к форсункам, отсечки и перепуска его в сливной топливопровод. При работе двигателя рейка топливного насоса перемещается в соответствии с изменением подачи топлива, при этом одновременно поворачиваются плунжеры всех секций.

В виду того что все секции работают одинаково, рассмотрим работу насоса на примере одной из секций дизеля ЯМЭ-236 (рис. 8.8). При движении плунжера вниз (рис. 8.8, а) внутреннее пространство гильзы наполняется топливом, и одновременно оно подается насосом низкого давления в подводящий канал корпуса насоса. При этом открывается впускное отверстие, и топливо поступает в надплун-жерное пространство. Затем под действием кулачка плунжер начинает подниматься вверх (рис. 8.8, б), перепуская топливо обратно в подводящий канал до тех пор, пока верхняя кромка плунжера не перекроет впускное отверстие гильзы. После перекрытия этого отверстия давление топлива резко возрастает и при 1,2—1,8 МПа топливо, преодолевая усилие пружины, поднимает нагнетательный клапан и поступает в топливопровод.

Рис. 8.8. Схема работы секции насоса высокого давления: а—впуск (всасывание); б — начало подачи; в — конец подачи

Рис. 8.9. Схема изменения подачи топлива

Дальнейшее перемещение плунжера вверх вызывает повышение давления до 16,5+0’5 МПа, превышающее давление, создаваемое пружиной форсунки, в результате чего игла форсунки приподнимается и происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Подача топлива продолжается до тех пор, пока винтовая кромка (рис. 8.8, в) плунжера не откроет выпускное отверстие в гильзе, в результате чего давление над плунжером резко падает, нагнетательный клапан под действием пружины закрывается и надплунжерное пространство разъединяется с топливопроводом высокого давления. При дальнейшем движении плунжера вверх топливо перетекает в сливной канал через продольный паз и винтовую кромку плунжера.

Нагнетательный клапан разгружает топливопровод высокого давления, так как он снабжен цилиндрическим разгрузочным пояском, который при посадке клапана на седло обеспечивает увеличение объема топливопровода примерно на 70—80 мм3. Этим достигается резкое прекращение впрыскивания топлива и устраняется возможность его подтекания через распылитель форсунки, что улучшает процесс смесеобразования и сгорания рабочей смеси, а также повышает надежность работы форсунки.

Перемещение плунжера во втулке с момента закрытия впускного отверстия до момента открытия выпускного отверстия называется активным ходом плунжера, который в основном и определяет количество подаваемого топлива за цикл работы топливной секции.

Изменение количества топлива, подаваемого секцией за один цикл, происходит в результате поворота плунжера зубчатой рейкой. При различных углах поворота плунжера благодаря винтовой кромке смещаются моменты открытия выпускного отверстия. При этом чем позднее открывается выпускное отверстие, тем большее количество топлива может быть подано к форсункам.

На рис. 8.9 показаны следующие положения винтовой кромки плунжера за цикл работы топливной секции: положение А — максимальная подача топлива и наибольший активный ход плунжера.

В этом случае расстояние h от винтовой кромки плунжера до выпускного отверстия будет наибольшим;
положение Б — промежуточная подача, так как при повороте плунжера по часовой стрелке расстояние h уменьшается и выпускное отверстие открывается раньше;
положение В — нулевая подача топлива. Плунжер повернут так, что его продольный паз расположен против выпускного отверстия 2 (h = 0), в результате чего при перемещении плунжера вверх топливо вытесняется в сливной канал, подача топлива прекращается и двигатель останавливается.

Момент начала подачи топлива каждой секцией по углу поворота коленчатого вала изменяют регулировочным болтом 40 (см. рис. 8.6) с контргайкой, ввернутым в толкатель. При вывертывании болта верхний торец плунжера раньше перекрывает входное отверстие 4 (см. рис. 8.9) гильзы и топливо раньше подается к форсунке, т. е. угол начала подачи топлива увеличивается. При ввертывании болта в толкатель этот угол уменьшается и топливо к форсунке подается с запаздыванием.

Муфта опережения впрыскивания.

За два оборота коленчатого вала кулачковый вал насоса делает один оборот, и топливо из секций топливного насоса высокого давления подаётся с порядком работы двигателя. Для изменения момента начала подачи топлива в цилиндры дизеля в зависимости от частоты вращения коленчатого вала служит муфта (рис. 8.10, а) опережения впрыскивания топлива, которая дополнительно поворачивает кулачковый вал относительно вала привода топливного насоса высокого давления. Таким образом обеспечиваются углы опережения впрыскивания, близкие к оптимальным, что значительно улучшает процесс пуска двигателя, а также его экономичность при работе на режимах частичных и полной нагрузок.

Рис. 8.10. Муфта опережения впрыскивания топлива и схема ее работы: а— устройство; б — схема работы; в— детали муфты

Механизм опережения впрыскивания дизелей ЯМЗ имеет две полумуфты, установленные в корпусе: ведущую и ведомую. Ведущая полумуфта надета на ступицу ведомой полумуфты и может на ней поворачиваться, а ведомая жестко закреплена на кулачковом валу насоса. Ведущая полумуфта через промежуточные детали соединена с валом привода. Между полумуфтами расположены одинаковых груза, установленные на осях ведомой полумуфты, а своим криволинейным вырезом грузы охватывают опорные пальцы ведущей полумуфты. Между осями и опорными пальцами враспор установлены пружины, которые, стремясь увеличить расстояние между ними, поворачивают одну полумуфту относительно другой. В этом случае (рис. 8.10, б) грузы смещаются к центру механизма, а ведомая полумуфта занимает исходное положение относительно ведущей.

В основу работы муфты положен принцип использования центробежных сил грузов. При вращении ведущей полумуфты ее опорные пальцы давят на криволинейные вырезы грузов, а последние передают усилие осям ведомой полумуфты, и образуется пара сил, вращающая кулачковый вал насоса высокого давления.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала дизеля возрастают центробежные силы, действующие на грузы. Под действием этих сил преодолевается противодействие пружин и грузы расходятся (см. рис. 8.10, б, II). При этом грузы, скользя криволинейными вырезами по опорным пальцам ведущей полумуфты, подтягивают к ним оси ведомой полумуфты и, таким образом, происходит угловое смещение кулачкового вала насоса (по направлению вращения) относительно вала привода насоса (показано стрелками). Следовательно, угол опережения впрыскивания топлива увеличивается.

При снижении частоты вращения коленчатого вала центробежная сила грузов уменьшается и под действием пружин ведомая полумуфта поворачивается относительно ведущей в сторону, противоположную вращению кулачкового вала насоса, в результате чего угол опережения впрыскивания топлива уменьшается. Максимальный угол опережения впрыскивания, который обеспечивается муфтой, составляет 6—8° по углу поворота кулачкового вала насоса относительно угла поворота приводного вала и 10—14° по углу поворота кулачкового вала относительно угла поворота коленчатого вала.

Муфты опережения впрыскивания топлива дизелей КамАЗ-740 и ЗИЛ-645 так же, как и муфты опережения впрыскивания топлива дизелей ЯМЭ-236, -238, автоматические, с центробежными механизмами. Они состоят из ведущих и ведомых полумуфт, связанных друг с другом через подвижные детали с упругими элементами. Принцип работы их такой же, как у муфты опережения впрыскивания дизелей ЯМЗ. Устройство муфт также не имеет существенных различий.

Форсунки. Для впрыскивания и распыливания топлива, а также для распределения его частиц по объему камеры сгорания служит форсунка. Основным конструктивным элементом форсунки является распылитель, имеющий одно или несколько выходных (сопловых) отверстий, формирующих факел впрыскиваемого топлива. Существуют форсунки закрытого и открытого типов. В четырехтактных дизелях применяют форсунки закрытого типа, сопловые (распыливающие) отверстия которых закрываются запорной иглой, поэтому внутренняя полость в корпусе распылителей форсунок сообщается с камерой сгорания только в период впрыскивания топлива.

Форсунки закрытого типа по конструкции запорного устройства распылителей делятся на бесштифтовые и штифтовые.

У бесштифтовых форсунок (рис. 8.11, а) конец запорной иглы представляет собой конус, отделяющий сопловые отверстия от топливопровода высокого давления. Распылители таких форсунок обычно имеют несколько сопловых отверстий, расположение которых зависит от формы камеры сгорания.

Бесштифтовые форсунки с несколькими сопловыми отверстиями устанавливают обычно на дизелях с неразделенными камерами сгорания (дизели ЯМЗ, КамАЗ), где недостаточное вихревое движение воздуха восполняется хорошим распылива-нием топлива форсункой.

У штифтовых форсунок (рис. 8.11, б) на конце запорной иглы имеется фасонный штифт, входящий в сопловое отверстие распылителя, что придает струе распыленного топлива конусообразность и строго определенную направленность. Такие форсунки чаще всего применяют в дизелях с разделенными камерами сгорания.

На дизелях ЯМЭ-236, -238, КамАЗ-740 и ЗИЛ-645 применяются форсунки закрытого типа с гидравлическим подъемом иглы и фиксированным распылителем.

У дизелей семейства ЯМЗ к корпусу форсунки (см. рис. 8.11, а) гайкой крепится многодырчатый распылитель с установленной в нем иглой. Игла и .распылитель представляют собой особо точную (прецизионную) пару, заменять их следует только комплектно.

Рис. 8.11. Форсунка дизеля ЯМЗ (о), типы распылителей (б и в) и схемы работы (Г) форсунки

Подъем иглы в распылителе, равный 0,28—0,38 мм, ограничивается упором ее в торцовую поверхность корпуса форсунки. В нижней части распылителя имеются четыре отверстия диаметром 0,34 мм, доступ топлива к ним перекрывается при посадке запорного конуса иглы на конус седла распылителя, сопряжение которых герметично.

Положение распылителя относительно корпуса форсунки фиксируется двумя штифтами, благодаря чему струи топлива в камере сгорания имеют определенное направление. Игла прижимается к седлу распылителя пружиной, которая установлена внутри фасонной гайки, нижней частью ввернутой в корпус форсунки. Верхний конец пружины упирается в заплечики регулировочного винта, ввернутого в фасонную гайку. Нижний конец пружины передает усилие хвостовику запорной иглы через штангу с напресованной на нее тарелкой и шарик, запрессованный в отверстие нижнего торца штанги.

Необходимый натяг пружины до 15—15,5 МПа, определяющий давление впрыскивания топлива, устанавливается регулировочным винтом, фиксируемым контргайкой. Увеличение натяга пружины приводит к запаздыванию впрыскивания, уменьшение — к опережению впрыскивания.

Сверху форсунка закрыта колпаком, навернутым на верхнюю часть гайки до упора в верхний торец корпуса форсунки через прокладку. В днище колпака имеется резьбовое отверстие для полого болта крепления сливного топливопровода. Для подвода топлива служит штуцер с втулкой, в котором расположен сетчатый фильтр.

При помощи резинового уплотнителя штуцер выводится на боковую сторону головки цилиндров, где к нему присоединяется топливопровод от насоса высокого давления.

В головке цилиндров форсунка устанавливается в латунном стакане, а ее сопловые отверстия выходят в полость камеры сгорания. Сверху форсунка закреплена шпилькой с помощью скобы с лапками, опирающимися на буртик колпака форсунки.

Работа форсунки. Из насоса высокого давления топливо подается к штуцеру (см. рис. 8.11, а) форсунки. Пройдя сетчатый фильтр, топливо по наклонному каналу в корпусе поступает в кольцевую выточку, выполненную на торце распылителя. Из кольцевой выточки топливо по трем боковым каналам поступает в кольцевую полость распылителя, расположенную под пояском утолщенной части иглы. Давление топлива передается на запорный конус и поясок утолщенной части иглы.

Сопловые отверстия распылителя открываются (рис. 8.11, г) в тот момент, когда давление топлива под пояском утолщенной части и запорного конуса иглы превышает давление пружины. При этом игла перемещается вверх и происходит впрыскивание топлива. В момент, когда в секции насоса происходит отсечка подачи топлива, давление в топливопроводе падает и игла под действием пружины резко закрывает сопловые отверстия, что предотвращает подтекание топлива после завершения процесса впрыскивания.

Под действием высокого давления часть топлива через плунжерную пару распылителя просачивается в верхнюю часть форсунки, откуда оно отводится в бак через полый болт и сливной топливопровод.

На дизеле ЗИЛ-645 (рис. 8.12) установлена форсунка, распылитель которой имеет два сопловых отверстия диаметром 0,45 мм. При установке форсунки в головке блока эти отверстия строго фиксируются относительно камеры сгорания.

Форсунка состоит из корпуса с щелевидным фильтром, про-ставки с наклонными отверстиями, корпуса распылителя с иглой, гайки, штанги с тарелкой и пружиной, регулировочного винта. Относительное положение корпуса форсунки, проставки и корпуса распылителя фиксируется установочными штифтами. Щелевой фильтр представляет собой металлический стержень, по образующей которого нанесены углубления до 2—3 мкм.

При работе форсунки топливо от насоса высокого давления подается к щелевидному фильтру, откуда оно по каналам в корпусе, проставки и в корпусе распылителя поступает под иглу. В результате наличия кольцевой полости давление топлива, нагнетаемое в форсунку, действует на запорную иглу. Когда это давление достигнет 18,5 МПа, игла преодолевает усилие пружины и поднимается с седла — происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания.

Давление начала впрыскивания регулируется винтом, изменяющим предварительную затяжку пружины. При этом подъем иглы составляет 0,25 мм и ограничивается штангой. Некоторое количество топлива, неизбежно просачивающееся вверх между иглой и распылителем, поступает в пространство над штангой, а затем через отверстие в регулировочном винте поступает к штуцеру сливного топливопровода.

На головке цилиндров форсунка устанавливается в специальном стакане и закрепляется скобой. Ее уплотнение в стакане от попадания воды и грязи осуществляется при помощи кольца.

На дизелях семейства КамАЗ-740 установлена форсунка закрытого типа с гидравлическим подъемом иглы и многодырчатым распылителем. Давление начала подъема иглы составляет 18— 18,5 МПа. По принципу действия она не отличается от вышеописанных форсунок дизелей ЯМЭ-238 и ЗИЛ-645, но имеет некоторые конструктивные отличия в устройстве отдельных узлов. Среди этих отличий существенным является то, что регулировка форсунки на давление впрыскивания осуществляется не регулировочным винтом, а шайбами, установленными под пружину. При увеличении общей толщины регулировочных шайб давление повышается, при уменьшении понижается. Изменение толщины шайб на 0,05 мм приводит к изменению давления начала подъема иглы на 0,3—0,4 МПа.

Рис. 8.12. Форсунка дизеля ЗИЛ-645

Форсунки открытого типа отличаются от вышеописанных тем, что у них нет запорного устройства между топливопроводом высокого давления и сопловыми отверстиями распылителя (рис. 8.11, в). Они постоянно соединены между собой, в результате чего топливо подтекает через форсунку в камеру сгорания, что приводит к нагарообразованию и снижению мощности двигателя. Отмеченные недостатки открытой форсунки устранены в системах питания нераздельного типа, в которых насос высокого давления и форсунка конструктивно объединены в один общий узел, носящий название насос-форсунки и применяемый в основном в двухтактных дизелях. К дизелям такого типа отечественного производства относятся дизели ЯАЗ-М204А и ЯАЗ-М206А, которые устанавливаются лишь на отдельных моделях специализированных автомобилей.

Читать далее:

Категория: - Техническое обслуживание автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины